Los investigadores han desarrollado "pinzas inteligentes" que pueden seleccionar cepas específicas de bacterias entre billones de microbiomas y secuenciar sus genomas de una manera más rentable y eficaz en recursos que los métodos existentes. Esta herramienta versátil permite un estudio preciso del microbioma y conduce a avances en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades.
La secuenciación del genoma bacteriano ha mejorado enormemente nuestra comprensión de la biología de muchos patógenos bacterianos y ha identificado nuevos objetivos antibióticos. Cuando se trata del microbioma, los investigadores a menudo solo quieren estudiar un tipo de bacteria, en lugar de todas. El problema es que una determinada bacteria es sólo una parte de un entorno complejo que incluye otras bacterias, virus, hongos y células huésped, cada uno con su propio ADN igualmente complejo.
Actualmente, los científicos necesitan aislar una cepa específica de bacteria a partir de una muestra determinada y utilizar medios de cultivo para cultivar esa cepa de forma selectiva. Este es un proceso que requiere tiempo y recursos y que no funciona para todas las bacterias. Sin embargo, investigadores de la Escuela de Medicina Icahn de Mount Sinai (Estados Unidos) han lanzado un método innovador, mEnrich-seq, diseñado para mejorar significativamente el nivel de investigación del microbioma.
"Imagínese que es un científico y necesita estudiar un tipo específico de bacteria en un entorno complejo", dijo Fang Gang, autor correspondiente del estudio. "mEnrich-seq básicamente proporciona a los investigadores unas 'pinzas inteligentes' que les permiten seleccionar las piezas que les interesan".
Al desarrollar mEnrich-seq, los investigadores intentaron distinguir las bacterias entre sí antes de secuenciarlas para enriquecer las bacterias de interés y eliminar el ADN de fondo. Para hacer esto, la herramienta explota motivos de metilación del ADN bacteriano que ocurren naturalmente, los "códigos secretos" del ADN bacteriano que las bacterias utilizan para distinguirse como parte de su propio sistema inmunológico. De hecho, en el nombre "mEnrich-seq", "m" significa metilación y "seq" significa secuenciación.
Una vez que las "pinzas inteligentes" las pellizcan, los investigadores pueden ensamblar uno o más genomas de la bacteria objetivo para estudiarlos con mayor precisión. Los investigadores demostraron el poder de mEnrich-seq utilizando mEnrich-seq para reconstruir el genoma de E. coli analizando muestras de orina de tres pacientes con infecciones del tracto urinario (ITU). Descubrieron que la herramienta cubría más del 99,97% de los genomas en las tres muestras, lo que permitió un análisis exhaustivo de los genes de resistencia a los antibióticos en cada genoma. mEnrich-seq facilita estudios sin cultivo de genomas de E. coli en el microbioma de la orina con mayor sensibilidad (menor abundancia relativa de bacterias) en comparación con los métodos estándar.
Luego centraron su atención en Akkermansiamuciniphila, una bacteria que coloniza el intestino y está asociada con afecciones como la obesidad y la diabetes tipo 2. Aislar esta bacteria a partir de muestras de heces también es muy difícil. Sin embargo, los investigadores hicieron esto utilizando la tecnología mEnrich-seq, cubriendo más del 99,7% del genoma de Shigella Dysenteriae en las tres muestras.
Los investigadores dicen que mEnrich-seq proporciona un método más económico para la investigación del microbioma, que es especialmente beneficioso para estudios a gran escala con recursos limitados, abriendo así nuevos horizontes en diversos campos de investigación. Dijeron que mEnrich-seq puede centrarse en una variedad de bacterias y es una herramienta versátil para investigación y aplicaciones clínicas. A través de estudios de microbioma más específicos, mEnrich-seq puede acelerar el desarrollo de nuevas herramientas de diagnóstico y tratamientos.
"Lo más interesante de mEnrich-seq es su potencial para descubrir detalles que antes se habían pasado por alto, como genes de resistencia a los antibióticos que los métodos de secuenciación tradicionales no pudieron detectar debido a una sensibilidad insuficiente", dijo Fang. "Este podría ser un paso importante en la lucha contra el problema global de la resistencia a los antibióticos".
Los investigadores planean mejorar la herramienta para aumentar aún más su eficiencia y ampliar su aplicación. Se prevé que mEnrich-seq se convierta en una herramienta sensible y versátil en futuras aplicaciones clínicas e investigaciones sobre microbiomas.
La investigación fue publicada en la revista Nature Methods.